專利名稱:一種半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置,屬于制冷技術(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)有半導(dǎo)體制冷技術(shù)中熱電堆熱端的冷卻方法主要有兩種(1)空氣冷卻——在半導(dǎo)體熱電堆的熱端加裝散熱片,通過散熱片直接向空氣中散熱,在空氣自然對流情況下,其換熱系數(shù)約為3~6W/(m2.K);若采用風(fēng)扇等強(qiáng)制通風(fēng)措施,其換熱系數(shù)約為26~30W/(m2.K)。
(2)水循環(huán)系統(tǒng)冷卻——在半導(dǎo)體熱電堆的熱端設(shè)置一個(gè)水腔,連同水管、水泵一起構(gòu)成一個(gè)強(qiáng)制對流水循環(huán)系統(tǒng)。水泵將水壓入熱端的水腔內(nèi),吸收熱端所散發(fā)的熱量后流出,再向周圍空氣散熱,然后返回水泵吸入口,如此循環(huán)往復(fù)達(dá)到散熱目的。其換熱系數(shù)約為100~1000W/(m2.K)。
上述現(xiàn)有半導(dǎo)體制冷技術(shù)中熱電堆熱端的兩種主要冷卻方法均有明顯缺陷,空氣冷卻法換熱系數(shù)太小,在要求熱端散熱率大的場合,不能對熱電堆的熱端進(jìn)行有效冷卻。水循環(huán)系統(tǒng)冷卻法需要機(jī)械動力驅(qū)動裝置,這就在相當(dāng)程度上破壞了半導(dǎo)體制冷器的性能優(yōu)勢。
發(fā)明的內(nèi)容為避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處,提供了一種半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置,采用降低半導(dǎo)體熱電堆熱端的溫度以提高其制冷系數(shù),從而有效地提高半導(dǎo)體制冷器制冷時(shí)的能效。
半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置的特征在于在半導(dǎo)體熱電堆的熱端3設(shè)置一個(gè)液流空腔4,環(huán)管1穿越該空腔并與其緊密接觸,在環(huán)管1、半導(dǎo)體熱電堆的熱端3的附近設(shè)計(jì)磁鐵2,在環(huán)管1內(nèi)注滿磁性液體5。
所述的環(huán)管1為空心封閉應(yīng)水平放置,并采用導(dǎo)熱、導(dǎo)磁材料制作。
所述的磁性液體5選用導(dǎo)熱性能良好的超微強(qiáng)磁性金屬顆粒制成的磁性液體。
半導(dǎo)體熱電堆的熱端3所散發(fā)的熱量對環(huán)管1中的局部磁性液體5進(jìn)行加熱,在環(huán)管1中形成熱磁循環(huán)。流出熱端3的磁性液體5再向周圍空氣散熱,這樣,就可通過磁液的循環(huán)流動實(shí)現(xiàn)對半導(dǎo)體熱電堆熱端3的散熱,最終達(dá)到提高半導(dǎo)體制冷器的制冷系數(shù)的目的。
本實(shí)用新型擯棄了傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動液流散熱工藝,巧妙地采用了功能材料磁性液體,運(yùn)用“熱磁循環(huán)”原理,實(shí)現(xiàn)對半導(dǎo)體熱電堆熱端散熱的目的,有效地提高了半導(dǎo)體制冷器的制冷系數(shù)??朔税雽?dǎo)體制冷器的重大缺陷,而且免用機(jī)械驅(qū)動裝置,結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低廉。優(yōu)異的技術(shù)性能拓展了半導(dǎo)體制冷器的應(yīng)用領(lǐng)域,作為冷藏器和空調(diào)器,可被廣泛地用于家庭、賓館、車輛、潛艇、航天器,也可用于生物組織及醫(yī)藥的冷藏,還可用于半導(dǎo)體電子設(shè)備的冷卻以及熱電恒溫控制器等,具有廣闊的技術(shù)應(yīng)用前景。
圖1半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置示意圖1-環(huán)管 2-磁鐵 3-半導(dǎo)體熱電堆的熱端 4-熱端空腔 5-磁性液體具體實(shí)施方式
磁性液體既具有固體的磁性,又具有液體的流動特性,而且它還具有良好的導(dǎo)熱性能。磁性液體的磁化強(qiáng)度隨溫度的上升而減小,磁液溫度分布的不均勻可引起它的磁化強(qiáng)度分布不均勻,進(jìn)而引起磁感應(yīng)強(qiáng)度分布的變化,導(dǎo)致磁性液體原有的力學(xué)平衡遭到破壞,從而引起磁性液體的運(yùn)動。
在本實(shí)用新型中,如圖1所示的環(huán)狀封閉管道里注滿磁性液體,只要我們從管道外對環(huán)管的某一部分進(jìn)行加熱,環(huán)管中的磁性液體就會循環(huán)不息地流動起來,形成所謂的“熱磁循環(huán)”。
其結(jié)構(gòu)為在半導(dǎo)體熱電堆的熱端3設(shè)置一個(gè)液流空腔4,環(huán)管1穿越該空腔并與其緊密接觸,在環(huán)管1、半導(dǎo)體熱電堆的熱端3的附近設(shè)計(jì)磁鐵2,在環(huán)管1內(nèi)注滿磁性液體5。
本實(shí)用新型中的空心封閉環(huán)管2選用導(dǎo)熱、導(dǎo)磁、熱穩(wěn)定性好的鋼化玻璃制作,環(huán)管1所用玻璃管的內(nèi)直徑為5mm,其余幾何尺寸應(yīng)根據(jù)半導(dǎo)體熱電堆部件的大小決定。環(huán)管1要與熱電堆熱端3上的空腔緊密接觸,在方位上要水平放置。磁鐵2選用稀土永磁材料(Nd-Fe-B)制作。磁性液體5選用超微強(qiáng)磁性金屬顆粒制成的水基磁性液體,這種磁性液體具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)磁性能。
本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體熱電堆熱端散熱,有效地提高了半導(dǎo)體制冷器的制冷系數(shù)。在散熱系統(tǒng)上無機(jī)械驅(qū)動裝置,結(jié)構(gòu)簡單,無噪音污染,造價(jià)低廉,改善了半導(dǎo)體制冷器的性能缺陷,拓展了其技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。作為冷藏器和空調(diào)器,可廣泛用于家庭、賓館、汽車、潛艇等,也可用于生物組織及醫(yī)藥的冷藏,還可用于半導(dǎo)體元器件的冷卻及熱電恒溫控制器等。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置,其特征在于在半導(dǎo)體熱電堆的熱端(3)設(shè)置一個(gè)液流空腔(4),環(huán)管(1)穿越該空腔并與其緊密接觸,在環(huán)管(1)、半導(dǎo)體熱電堆的熱端(3)的附近設(shè)計(jì)磁鐵(2),在環(huán)管(1)內(nèi)注滿磁性液體(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置,其特征在于所述的環(huán)管(1)為空心封閉應(yīng)水平放置,并采用導(dǎo)熱、導(dǎo)磁材料制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置,其特征在于所述的磁性液體(5)選用導(dǎo)熱性能良好的超微強(qiáng)磁性金屬顆粒制成的磁性液體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置,其特征在于所述的磁性液體(5)選用超微強(qiáng)磁性金屬顆粒制成的水基磁性液體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置,其特征在于所述的磁鐵選用稀土永磁材料制做。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置,其特征在于所述的磁鐵選用稀土永磁材料Nd-Fe-B制作。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體制冷的熱磁循環(huán)散熱裝置,屬于制冷技術(shù)。技術(shù)特征在于在半導(dǎo)體熱電堆的熱端設(shè)置一個(gè)液流空腔,環(huán)管穿越該空腔并與其緊密接觸,在環(huán)管、半導(dǎo)體熱電堆的熱端的附近設(shè)計(jì)磁鐵,在環(huán)管內(nèi)注滿磁性液體。半導(dǎo)體熱電堆的熱端所散發(fā)的熱量對環(huán)管中的局部磁性液體進(jìn)行加熱,在環(huán)管中形成熱磁循環(huán)。流出熱端的磁性液體再向周圍空氣散熱,通過磁液的循環(huán)流動實(shí)現(xiàn)對半導(dǎo)體熱電堆熱端的散熱??梢杂行У靥岣甙雽?dǎo)體制冷器的制冷系數(shù),結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低廉??勺鳛槔洳仄骱涂照{(diào)器,廣泛地用于家庭、賓館、車輛、潛艇、航天器,也可用于生物組織及醫(yī)藥的冷藏,還可用于半導(dǎo)體電子設(shè)備的冷卻以及熱電恒溫控制器等,具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號F25B21/02GK2847175SQ20052007914
公開日2006年12月13日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者王濟(jì)民 申請人:西北工業(yè)大學(xué)